JPH081201A - フランジを有する形鋼の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 カリバ深さを適切に設定し、中心偏りがな
く、かつフランジ厚みのばらつきのない形鋼を製造す
る。 【構成】 粗ユニバーサル圧延機２または仕上ユニバー
サル圧延機４の少なくとも一方にカリバ深さをパス毎に
可変としたエッジャ圧延機３を併設し、熱間寸法測定器
５によりエッジャ圧延前の被圧延材のフランジ脚長を測
定してウエブの中心偏りを求め、エッジャ圧延機３にお
けるエッジャロールのウエブ拘束部分の上下ロール間隔
を、当該パス入側のウエブ厚と、あらかじめ求めておい
たカリバ深さの余裕量の和に等しくなるようにロール間
隔設定器７により設定して、少なくとも１パス以上のフ
ランジ幅の圧下を行う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ユニバーサル圧延機を
用いて熱間圧延により行うＨ形鋼等のフランジを有する
形鋼の製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】Ｈ形鋼等のフランジを有する形鋼（以
下、代表してＨ形鋼により説明する）は、主としてユニ
バーサル圧延機を含む圧延設備により、熱間で製造され
る。図５（ａ）、（ｂ）はこのような設備配置の例を示
す配置図で、１はブレークダウン圧延機、２は粗ユニバ
ーサル圧延機、３はエッジャ圧延機、４は仕上ユニバー
サル圧延機で、連続鋳造等によって製造された板状のス
ラブ、矩形断面のブルーム、上下面に窪みを有し略Ｈ型
断面のビームブランク等の素材を、上記圧延機群により
順次熱間で圧延してＨ形鋼が製造される。

【０００３】図６はブレークダウン圧延機１におけるカ
リバ（孔型）の例を示す正面図で、11は上ロール、12は
下ロール、○内の数字はパス数であり、この図の右側の
カリバから順次左のカリバに移動し、７パスでＨ形鋼用
粗形鋼片が造形される。図７は粗ユニバーサル圧延機２
のロール部分を示す正面図で、Ｍは被圧延材、21は上下
一対の水平ロール、22は左右一対の垂直ロールであり、
水平ロール21によって被圧延材Ｍのウエブ厚みが、また
垂直ロール22によってフランジ厚みが圧下される。

【０００４】図８はエッジャ圧延機３のロール部分を示
す正面図で、Ｍは被圧延材、31は上下一対のエッジャロ
ールである。エッジャロール31は、ウエブを圧下する中
央のウエブ圧下部分31a と、その両脇に設けられ、これ
より小径のフランジ圧下部分31b とで構成され、ウエブ
圧下部分31a の両端で被圧延材Ｍのウエブ両端部分を拘
束しながらフランジ圧下部分31b でフランジの幅方向が
圧下される。

【０００５】粗ユニバーサル圧延機２とエッジャ圧延機
３の組み合わせによる粗圧延工程は複数回繰り返される
のが普通である。図９は仕上ユニバーサル圧延機４のロ
ール部分を示す正面図で、Ｍは被圧延材、41は上下一対
の水平ロール、42は左右一対の垂直ロールであり、水平
ロール41によって被圧延材Ｍのウエブ厚みが、また垂直
ロール42によってフランジ厚みが圧下され、最終形状に
仕上げられる。

【０００６】上記の粗、仕上両ユニバーサル圧延機２、
４においては、それぞれ上下一対の水平ロールと、左右
一対の垂直ロールによって圧延が行われるが、被圧延材
Ｍのフランジの幅方向端部は自由表面であり、圧下を受
けない。このため、図10に示すようにフランジに対する
ウエブ位置の偏り（以下、中心偏りという）が発生する
可能性がある。b₁、b₂で示すウエブからのフランジの突
き出し量を以下「脚長」と称する。中心偏りをＳとする
と、Ｓ＝（b₁−b₂) ／２であるから上下脚長差の１／２
であり、ＪＩＳ G3192では中心偏りＳの許容差を、ウエ
ブ高さが 300mm以下：フランジ幅が 200mm以下の場合で
± 2.5mm、ウエブ高さが 300mm超えまたはフランジ幅が
200mm超えの場合で± 3.5mmと規定している。

【０００７】中心偏りの発生には種々の要因が考えられ
るが、 １）圧延素材の非対称性に起因するもの ２）ユニバーサル圧延時の非対称性に起因するもの に大別される。１）は主としてブレークダウン圧延にお
ける上下、左右のカリバへの充満度の不均一によるもの
であり、２）は被圧延材がユニバーサル圧延機に噛込ま
れる際の進入姿勢（角度やレベル）が上下で非対称であ
ったり、水平ロールや垂直ロールの隙間が上下左右で非
対称であること等によるものと考えられ、さらに、これ
らの要因がそれぞれ単独ではなく重複して発生し、互い
に影響し合っている場合も多いと推定され、単なる上記
の各非対称性を排除するのみでは中心偏りは解消しな
い。

【０００８】ところで、前記したように通常のユニバー
サル圧延機にはエッジャ圧延機が付設されており、図８
に寸法ｄで示したエッジャロールのカリバ深さ（この値
が圧延材から見るとほぼ脚長に相当する）を適切な値と
することにより、上下の脚長に差が発生した場合はウエ
ブを拘束した状態でエッジャ圧延を行ってウエブ位置を
フランジ幅方向に対して変位させ、ウエブとフランジの
相対位置を修正することができる。これをウエブの「付
け替え」と称する。

【０００９】しかし、カリバ深さｄは図８の同一ロール
を使用している限り一定値であり、パスの進行とともに
変化するフランジ脚長に対応して各パスにおいて適当な
値に変化させることはできない。また、上下フランジの
外法（そとのり）寸法が一定で、フランジ厚やウエブ厚
の異なるＨ形鋼を圧延する圧延機では、フランジ厚やウ
エブ厚が変わるとフランジ脚長も変化してしまう。

【００１０】このような場合、同一シリーズ、すなわち
上下フランジの外法寸法が一定で、フランジ厚やウエブ
厚の異なる各サイズに応じたカリバ深さを持つエッジャ
ロールを保有してサイズ変更の都度交換するようにすれ
ばよいが、ロール保有数が膨大なものとなるばかりでな
く、ロール交換時間や手間などの損失が大きく、現実問
題としては採用できない。

【００１１】そこで、ロールの取り付け状態のまま、カ
リバ深さを変更できるエッジャロールが開発されてい
る。たとえば、図11は、特公平３-38926号公報に記載さ
れているＨ形鋼用エッジャ圧延機のロールで、エッジャ
ロールがウエブ圧下ロール31aとフランジ圧下ロール31b
に分割されており、ウエブ圧下ロール31a の軸部分と
フランジ圧下ロール31b の中間には偏心リング32が取り
付けられているため、この偏心リング32を回転させるこ
とによってカリバ深さを随時変化させることができる。

【００１２】また、図12、図13は特開昭63−154204号公
報に記載のエッジャロールである。このエッジャロール
は、ウエブ圧下ロール31a に対してフランジ圧下ロール
31bを別軸の小径ロールとし、中間ロール31c を介して
回転させるようにし、かつ図13（ａ）、（ｂ）に示すよ
うに中間ロール31c の間隔を変えることによってフラン
ジ圧下ロール31b の位置、すなわちカリバ深さを変化さ
せることができる。

【００１３】このように、機構的にはカリバ深さを圧延
中に変化させることは可能であるが、従来、パス毎にカ
リバ深さをどのように決定し、設定するかという点につ
いては十分に究明されておらず、試行錯誤による経験的
な設定が行われているのが実状であった。カリバ深さを
圧延中に変化させたとしても、その設定が不適切である
とつぎのような問題点が生じる。 １）カリバ深さが圧延後の脚長よりも深すぎる場合、ウ
エブ圧下ロールの部分でウエブを厚み方向に圧下してし
まう。ところが、前記したようなカリバ深さ可変のロー
ルは、従来のエッジャロールに比較すると当然機械的強
度は低いので、ウエブ厚圧下によって過大な負荷がかか
ると、破損の危険がある。 ２）ウエブ厚圧下を行うと、パススケジュールで予定し
ている以上の圧下をかけることになり、ウエブ厚変動の
みならずエッジャロール間隙変化によるフランジ幅変動
などの寸法外乱が生じる。 ３）カリバ深さが浅すぎると、フランジの上下脚長が不
揃いであってもウエブに対する拘束がなく、中心偏りの
是正効果が得られない。

【００１４】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記のよう
な問題点を解消し、適切なカリバ深さを設定して、中心
偏りを効率的に是正することのできる形鋼の製造方法を
実現することを目的とする。

【００１５】

【課題を解決するための手段】本発明は、ウエブおよび
フランジを有する粗形鋼片に、粗ユニバーサル圧延、つ
いで仕上ユニバーサル圧延を施してフランジを有する形
鋼を製造するに際し、粗ユニバーサル圧延機または仕上
ユニバーサル圧延機の少なくとも一方にカリバ深さをパ
ス毎に可変としたエッジャ圧延機を併設し、エッジャ圧
延前の被圧延材のフランジ脚長を測定してウエブの中心
偏りを求め、前記エッジャ圧延機におけるエッジャロー
ルのウエブ拘束部分の上下ロール間隙を、当該パス入側
のウエブ厚と、あらかじめ求めておいたカリバ深さの余
裕量の和に等しくなるように設定して少なくとも１パス
以上のフランジ幅の圧下を行うことを特徴とするフラン
ジを有する形鋼の製造方法である。

【００１６】

【作 用】Ｈ形鋼製造設備において、被圧延材の４か所
のフランジ脚長を同時に測定することは、たとえば特開
平5-107047号公報に記載されているようなレーザ距離計
等の熱間寸法測定器を使用することにより可能である。
このようなフランジ脚長は、被圧延材の長手方向の１箇
所以上で測定し、測定点が多数であれば上下左右のフラ
ンジ毎に端部を除く中央寄り部分のデータを平均化する
ことにより、各フランジ脚長の代表値とすることができ
る。

【００１７】本発明者は、ユニバーサル圧延機とエッジ
ャ圧延機とを組み合わせた圧延設備において、エッジャ
圧延におけるウエブ拘束による「付け替え」が以後のユ
ニバーサル圧延における中心偏りにどのように影響する
かを詳細に検討した。たとえばエッジャ圧延前に中心偏
りが発生したＨ形鋼を、エッジャによりウエブを拘束し
て強制的にウエブを付け替えると、上下の脚長を揃える
ことはできるが、この場合上下非対称なエッジャ圧延と
なるため、上下のフランジ厚さが変化し、非対称にな
る。図２は、ウエブ付け替え量（ΔＷ，mm）を横軸に、
付け替え後の上下フランジ厚の相対比 （上下最大フランジ厚の差／小さい方のフランジ厚）−１ ・・・（１） を縦軸としてプロットすると、ウエブ付け替え量ΔＷと
（１）の値とは負の係数で比例関係にある。このような
上下非対称なフランジ厚分布は非対称なエッジャ圧延に
起因する。

【００１８】この局部圧下によるフランジ増厚を平均フ
ランジ厚の増加と見做して、後続のユニバーサル圧延に
おける上下フランジの圧下率差を求め、圧下率差による
新たな中心偏り変化量との関係を調査した。図３はその
結果を示し、横軸は（上フランジ圧下率−下フランジ圧
下率）（％）、縦軸は中心偏り変化量（mm）で、図２と
同様の比例関係が見られる。

【００１９】これらの結果から、エッジャ圧延での付け
替え量とエッジャ圧延前の中心偏りとの比率と、エッジ
ャ圧延後にユニバーサル圧延を行った結果の中心偏りと
の関係をプロットすると図４のようになる。エッジャ圧
延後のフランジ幅からウエブ厚を引いた値の 1/2とカリ
バ深さとの差を、エッジャのカリバ深さ余裕量と呼ぶ。

【００２０】いま、ある中心偏りが発生した材料のウエ
ブをエッジャロールによって強制的に付け替えて上下の
フランジ脚長を揃えても、このときの非対称圧延の影響
が図２に見られたように上下のドッグボーン差となって
現れ、つぎのユニバーサル圧延における左右両フランジ
における圧下率差となり、これによって図３に見られた
ように中心偏りが発生する。

【００２１】ユニバーサル圧延における非対称圧延は、
水平ロールの軸方向のずれ（スラストずれ）や、水平ロ
ールの上下方向圧下位置偏差（水平ロールレベル）など
によっても生じるので、ユニバーサル圧延での上下非対
称圧延を勘案してエッジャ圧延でのウエブ付け替え量を
制御するためには、これらの設備の設定誤差は極力排除
しておく必要がある。

【００２２】すなわち、エッジャ圧延前に中心偏りが発
生していて、これをエッジャ圧延ロールのカリバ深さを
制御して上下脚長を均一にしてしまうと、上下フランジ
の厚み差が残り、これをユニバーサル圧延するとエッジ
ャ圧延前とは逆符号の中心偏りが発生することになる。
エッジャ圧延におけるウエブ付け替えによるフランジ上
下脚長の制御は、以上のことを考慮し、エッジャ圧延前
の上下フランジ脚長差から中心偏りを求め、ユニバーサ
ル圧延後の中心偏りをなくするように、エッジャにおけ
る付け替え量を設定すればよい。

【００２３】図４に示したようなエッジャ圧延前の中心
偏りをエッジャ圧延で付け替えるためのカリバ深さ余裕
量と次のユニバーサル圧延での中心偏りの関係は、図
２、図３から求めることができるが、直線の勾配、すな
わち各項目の影響度は、圧延する製品の断面サイズ毎に
違ってくるので、あらかじめデータを採取し、これらの
関係を統計的に把握しておく必要がある。

【００２４】このようにエッジャ圧延とユニバーサル圧
延との組み合わせを１単位とし、１単位の圧延で中心偏
りを減少させる圧延を繰り返せば、中心偏りは次第に減
少する。

【００２５】

【実施例】本発明の一実施例を、図１により説明する。
この図は、Ｈ形鋼製造設備の配置例を示す平面図で、図
５と共通するものには同一符号を付したほか、５は熱間
寸法測定器、６は演算器、７はロール間隙設定器であ
る。ブレークダウン圧延機１で造形されたＨ形鋼用鋼片
は、粗ユニバーサル圧延機２、エッジャ圧延機３の組み
合わせによる圧延機群に供給され、複数回繰り返し圧延
される。本実施例では、粗ユニバーサル圧延機による往
復パスで長手方向中央部のフランジ厚が測定可能な長さ
に被圧延材が延伸した後、熱間寸法測定器５において４
か所のフランジ脚長を測定し、演算器６に入力した。演
算器６では、この測定結果からフランジの左右中心偏り
を演算し、製品のサイズ毎に求めた図２、図３の関係か
ら、エッジャ圧延におけるウエブ付け替え量を以下の手
順により演算する。 １）図２に示すウエブ付け替え量と付け替え後の上下フ
ランジ厚の相対比率との関係式 ２）この１）によって生じる上下フランジ厚の差からユ
ニバーサル圧延における上下圧下率差を求める式 ３）図３に示す上下フランジの圧下率差とユニバーサル
圧延での中心偏り変化量の関係式 ４）エッジャ圧延前の中心偏りとエッジャ圧延での付け
替え量との差、および次のユニバーサル圧延での中心偏
り変化量の総和を０またはある目標範囲の許容値とする
式 から、エッジャ圧延前の中心偏りとエッジャ圧延におけ
るウエブ付け替え量との差、すなわちカリバ深さ余裕量
として、当該パス入側のウエブ厚からエッジャロールの
カリバ深さを決定しロール間隙設定器７によりロール間
隙を設定する。

【００２６】なお、エッジャ圧延におけるウエブ付け替
え量は、エッジャ圧延前の中心偏りの測定値に応じて上
記のようにオンラインで演算してもよいが、あらかじめ
各パス毎に中心偏りの発生状況を把握しておき、当該パ
スで発生し得る最大の中心偏りに対応したカリバ余裕量
を求めるのが望ましい。すなわち、発生し得る最大の中
心偏りに応じたカリバ余裕量の設定値に比較し、エッジ
ャ圧延前の中心偏りの発生量が小さい場合は、それに必
要なエッジャ圧延での付け替え量も小となるからであ
る。

【００２７】また、エッジャロールのカリバ深さの設定
変更はすべてのパスにおいて行えば中心偏りの精度向上
に最も効果があるが、オンラインでのカリバ深さ変更に
若干の時間を必要とすることから、必要に応じて複数パ
スにおいて１回の設定変更を行うようにしてもよい。各
パスの目標ウエブ厚とエッジャ圧延後のフランジ幅の目
標値は図示しない上位の計算機から指令されているの
で、これらの値からエッジャ圧延機のカリバ深さをはじ
めとするロール間隙が設定され、ロール間隙設定器７に
入力されてエッジャ圧延、ユニバーサル圧延が実施され
る。

【００２８】ウエブ高さ 600mm、フランジ幅 300mmのＨ
形鋼３サイズを本発明により製造した。中心偏りの精度
（１σ）を表１に示す。また、比較のため、カリバ深さ
一定のエッジャによる従来法による計測結果も記した
が、本発明により中心偏りの精度が著しく向上したこと
がわかる。

【００２９】

【表１】

【００３０】また、これに伴いフランジ厚のばらつきも
減少している。この実施例では、本発明を粗圧延機にお
いて実施するものとして説明したが、仕上圧延機にエッ
ジャ圧延機が付設されていれば、これらを１単位として
同様の制御を行うこともできるし、粗圧延機、仕上げ圧
延機の双方で実施することもできる。

【００３１】熱間寸法測定器５の設置場所は、図１では
ユニバーサル圧延機２の上流側としたが、ユニバーサル
圧延後のフランジ脚長を精度よく測定することができれ
ば、設置場所はとくに限定されない。また、熱間寸法測
定器５の設置されていない圧延機列の場合であっても、
あらかじめ各パスの中心偏りの実状を把握しておき、そ
の最大中心偏りが発生した場合に対するカリバ深さに設
定するようにすれば本発明を適用できる。この場合、中
心偏りが発生していなければウエブ拘束のロールにウエ
ブが接触せず、また、本発明では少なくともエッジャ圧
延前のウエブ厚よりは大きくなるように上下ロール間隙
を設定しているので、ウエブ厚圧下等の問題を生じるこ
とはない。

【００３２】

【発明の効果】本発明によれば、エッジャロールにおい
て適切なカリバ深さを設定することにより中心偏りを大
幅に減少させ、品質のよい形鋼を製造することができる
という、すぐれた効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の設備配置例を示す配置図である。

【図２】本発明の作用を説明するグラフである。

【図３】同じく本発明の作用を説明するグラフである。

【図４】同じく本発明の作用を説明するグラフである。

【図５】従来の設備配置例を示す配置図である。

【図６】従来のブレークダウン圧延機のカリバの例を示
す正面図である。

【図７】従来の粗ユニバーサル圧延機のロール部分を示
す正面図である。

【図８】従来のエッジャ圧延機のロール部分を示す正面
図である。

【図９】従来の仕上ユニバーサル圧延機のロール部分を
示す正面図である。

【図10】中心偏りを示す概念図である。

【図11】従来のカリバ深さ可変エッジャロールを示す部
分断面正面図である。

【図12】他の従来のカリバ深さ可変エッジャロールを示
す側面図である。

【図13】図12の一部を示す部分側面図である。

【符号の説明】

１ ブレークダウン圧延機 ２ 粗ユニバーサル圧延機 ３ エッジャ圧延機 ４ 仕上ユニバーサル圧延機 ５ 熱間寸法測定器 ６ 演算器 ７ ロール間隙設定器

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ウエブおよびフランジを有する粗形鋼片
   に、粗ユニバーサル圧延、ついで仕上ユニバーサル圧延
   を施してフランジを有する形鋼を製造するに際し、粗ユ
   ニバーサル圧延機または仕上ユニバーサル圧延機の少な
   くとも一方にカリバ深さをパス毎に可変としたエッジャ
   圧延機を併設し、エッジャ圧延前の被圧延材のフランジ
   脚長を測定してウエブの中心偏りを求め、前記エッジャ
   圧延機におけるエッジャロールのウエブ拘束部分の上下
   ロール間隙を、当該パス入側のウエブ厚と、あらかじめ
   求めておいたカリバ深さの余裕量の和に等しくなるよう
   に設定して少なくとも１パス以上のフランジ幅の圧下を
   行うことを特徴とするフランジを有する形鋼の製造方
   法。
2. 【請求項２】 エッジャ圧延前の被圧延材のフランジ脚
   長の測定を熱間寸法測定器により行う請求項１に記載の
   フランジを有する形鋼の製造方法。